Centro de gravedad
Centro de gravedad
Déterminer le centro de gravedad d'un mouvement complexe
Lorsqu’un athlète effectue un plongeon ou un saut périlleux, son corps adopte des positions complexes qui semblent difficiles à analyser. Pourtant, malgré ces rotations et déformations, un point particulier du corps suit toujours une trajectoire simple : le centro de gravedad. Ce point représente l’endroit où l’on peut considérer que toute la masse du corps est concentrée pour décrire son mouvement global. En physique, lorsqu’un objet est soumis uniquement à la pesanteur, son centro de gravedad suit une trayectoria parabólica caractéristique. Grâce aux outils modernes d’análisis de vídeo, il devient possible d’étudier précisément cette trajectoire. Dans esta actividad, l’élève utilise une vidéo d’un plongeur et tente de positionner correctement le centro de gravedad image par image. En vérifiant que la trajectoire obtenue est une parabole, il valide son estimation et comprend la relation entre mouvement réel et modèle physique.
Descripción de la actividad:
El alumno utiliza le module d'Analyse Cinématique de FizziQ pour étudier le mouvement d'un plongeur à partir d'une vidéo de la bibliothèque. Actividad adaptada al colegio, Lycée.
FizziQ
Autor:
Duración:
20-40 minutos
Lo que harán los estudiantes:
'- Identifier expérimentalement le centro de gravedad d’un corps en mouvement
- Vérifier que la trajectoire du centro de gravedad suit une parabole
- Utiliser un outil d’análisis de vídeo pour extraire des positions dans le temps
- Relier un mouvement réel aux équations du mouvement parabolique
- Comprendre le rôle du centro de gravedad dans les mouvements complexes
Conceptos científicos:
'- Centro de gravedad
- Centre de masse
- Mouvement parabolique
- Trajectoire d’un projectile
- Accélération de la pesanteur
- Barycentre
- Mouvement uniformément accéléré
- Cinématique du point matériel
Sensores:
'- Caméra (utilisée pour l’enregistrement ou l’análisis de vídeo)
Material necesario:
Smartphone o tableta con la aplicación FizziQ, Vidéo "Plongeon" de la bibliothèque FizziQ
Procedimiento experimental:
Dans este experimento, el alumno va utiliser el vídeo de una athlète que nous avons importé dans la biblioteca de vidéos cinématiques du site, mais il peut également utiliser une autre vidéo comme por ejemplo celle de un camarade qui effectue un saut o mieux un saut périlleux en cours de gymnastique.
Pour télécharger el vídeo en FizziQ, copier d'abord le lien en suivant le chemin Outils > Etude Cinématique > Vidéos > Ressources FizziQ. Après avoir identifié le lien, le copier, puis revenir en le menu Cinématique de l'application y copier le lien en le menu Internet.
El vídeo es alors téléchargée. Tout l'objectif de l'exercice es para el alumno de positionner les différents points du mouvement au centro de gravedad en l'analyse cinématique. Pour découvrir comment faire une analyse cinématieu con FizziQ, suivez cette vidéo.
Si ces points sont bien positionnés, on obtient une parabole quand on traza el gráfico XY. il es donc facile de vérifier le positionnement. Les premiers essais sont la plupart du temps infructueux mais en recommencant on arrive à positionner correctement le centro de gravedad.
Resultados esperados:
Lorsque les points représentant le centro de gravedad sont correctement positionnés, la trajectoire obtenue dans le plan XY prend la forme d’une parabole. Cette parabole est orientée vers le bas en raison de l’accélération constante de la pesanteur. Les premières tentatives peuvent produire une trajectoire irrégulière si le centro de gravedad est mal estimé. Après plusieurs corrections, la trajectoire devient plus lisse et parabolique. De petites irrégularités peuvent apparaître en raison de la résolution limitée de la vidéo ou d’erreurs de pointage manuel.
Preguntas científicas:
'- Pourquoi la trajectoire du centro de gravedad reste-t-elle parabolique même lorsque le plongeur tourne ?
- Comment la position du centro de gravedad varie-t-elle selon la posture du plongeur ?
- Quels facteurs peuvent perturber la forme idéale de la parabole ?
- Pourquoi est-il important de définir une échelle précise dans la vidéo ?
- Quelle différence existe-t-il entre centro de gravedad et centro de masa ?
Explicaciones científicas:
Le centro de gravedad es le point d'application de la résultante des forces de pesanteur s'exerçant sobre un corps. Pour un objet soumis uniquement à la gravité, ce point suit une trajectoire parabolique décrite par les équations du mouvement uniformément accéléré : x(t) = x₀ + v₀ₓt y y(t) = y₀ + v₀ᵧt - ½gt², où g es la aceleración de la pesanteur (9,81 m/s²). Dans le cas de un corps articulé comme un plongeur, le centro de gravedad correspond au barycentre pondéré des masses des différentes parties du corps. Sa position relative n'est pas fija y peut se situer en dehors du corps physique, selon la posture adoptée. Par exemple, cuando le plongeur se recroqueville o s'étire, son centro de gravedad se décoloca par rapport à son anatomie, mais la trayectoria globale de ce point reste invariablement parabolique. L'intérêt de este experimento réside en la confrontation entre l'intuition visuelle (mouvement complexe de rotation) y la rigueur physique (trajectoire parabolique simple du centro de gravedad).
Actividades de ampliación:
'- Analyser le mouvement d’un saut vertical réalisé par un camarade.
- Comparer les trajectoires obtenues pour différents types de sauts.
- Étudier l’effet d’une velocidad inicial différente sur la forme de la parabole.
- Réaliser une analyse avec un objet rigide puis avec un corps humain.
- Étudier le mouvement d’un ballon lancé pour comparer avec celui du plongeur.
Preguntas frecuentes:
Q: ¿Qué es le centro de gravedad/centro de masa ?
R: Le centro de gravedad est le point d'application de la résultante des forces de pesanteur s'exerçant sur un corps.
Q: ¿Cómo l'acelerómetro du smartphone est-il utilisé dans esta actividad ?
R: L'acelerómetro MEMS du smartphone mesure l'accélération selon trois axes (x, y, z). FizziQ affiche ces données en tiempo real sous forme de graphiques, permettant d'enregistrer et d'analyser précisément les mouvements étudiés.
Q: ¿Se puede réaliser esta actividad en autonomie à la maison ?
R: Oui, esta actividad ne nécessite qu'un smartphone avec l'application gratuite FizziQ. Elle peut être réalisée à la maison, en classe ou sur le terrain, sans matériel de laboratoire spécialisé.